氟磷灰石
氟磷灰石（英語：Fluorapatite）是一種磷酸鹽礦物，化學式為Ca5(PO4)3F。氟磷灰石是一種硬性無色的六方晶體，但個別出土礦物樣本可因雜質而呈其他顏色。氟磷灰石為最常見的磷灰石礦石，且與羥磷灰石及氯磷灰石相關，常混合出現。氟磷灰石常於火成岩或富鈣的變質岩出現，也有時在沈積岩中充當岩屑或成岩成份。
| 氟磷灰石 | |
|---|---|
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| 基本資料 | |
| 類別 | 磷酸鹽礦物 磷灰石族 |
| 化學式 | Ca5(PO4)3F |
| IMA記號 | Fap[1] |
| 施特龍茨分類 | 8.BN.05 |
| 戴納礦物分類 | 41.8.1.1 |
| 晶體分類 | 六方雙錐晶族 (6/m) (H-M記號相同) |
| 晶體空間群 | P63/m |
| 性質 | |
| 分子量 | 504.30 g·mol−1 |
| 顏色 | 湖水綠、紫、藍、粉紅、黃、棕、白或無色 |
| 晶體慣態 | 塊狀到稜柱狀晶體 |
| 晶系 | 六方晶系 |
| 雙晶 | 罕見接觸雙晶 |
| 解理 | (0001)及(1010)不明顯/差 |
| 斷口 | 不規則/參差斷口、貝狀斷口 |
| 韌性/脆性 | 易脆 |
| 莫氏硬度 | 5 |
| 光澤 | 玻璃光澤, 樹脂光澤至土狀光澤 |
| 條痕 | 白色 |
| 透明性 | 透明到不透明 |
| 比重 | 3.1 到 3.2 |
| 光學性質 | 單軸(-) |
| 折射率 | nω = 1.631 - 1.650 nε = 1.633 - 1.646 |
| 雙折射 | δ = 0.002 |
| 發光性 | 螢光、磷光 |
| 參考文獻 | [2][3][4] |
工業用氟磷灰石多於磷灰石礦提取，其多數含氟磷灰石但也含小量羥磷灰石。[5]氟磷灰石在工業中是磷酸和氫氟酸的重要來源。
氟磷灰石和羥磷灰石均於牙中琺瑯質可見，且常混成固融體。經接觸氟化物的人類牙齒含有氟磷灰石，而氟磷灰石能減慢變異鏈球菌的滋生，從而防止齲齒[6][7]。因此，個別方法已被採用以引導氟化物到牙齒中，如於飲用水及牙膏中加入氟化物。
形成
氟磷灰石可以通過三步過程合成。 首先，通過在中性pH 值下將鈣鹽和磷酸鹽結合生成磷酸鈣。 然後，該材料進一步與氟化物源（通常是單氟磷酸鈉或氟化鈣(CaF2）)反應，生成礦物質。 該反應是全球磷循環中不可或缺的一部分。 [8]3Ca2++2PO43-→Ca3(PO4)2
3Ca3(PO4)2 + CaF2→ 2Ca5(PO4)3F
應用
氟磷灰石是磷灰石中天然存在的雜質，在磷酸生產過程中，當磷灰石被硫酸消化時，會產生副產品氟化氫。 氟化氫副產品現在是氫氟酸的工業來源之一，而氫氟酸又用作合成一系列重要的工業和製藥氟化合物的起始試劑。
摻雜有二價錳和五價銻的合成氟磷灰石構成了第二代螢光管螢光粉（稱為鹵螢光粉）的基礎。 當用253.7照射時納米汞共振輻射，它們發出寬發射螢光，出現在可接受的白色範圍內。 銻(V) 充當主要活化劑並產生寬廣的藍色發射。 添加二號錳產生了第二個寬峰，出現在發射光譜的紅端，但犧牲了銻峰，激發能通過非輻射過程從銻轉移到錳，並使發射的光顯得更少藍色和更多粉色。 晶格中的一些氟離子被氯離子取代導致發射帶總體移動到光譜的較長波長紅端。 這些改變允許使用暖白光、白光和日光燈管的螢光粉（校正色溫為 2900、4100 和 6500)K），待製作。 錳和銻活化劑的量在0.05摩爾％和0.5摩爾％之間變化。用於產生鹵代磷光體的反應如下所示。 如果產品要發出螢光，則必須加入正確的痕量銻和錳。 6CaHPO4 + (3+x)CaCO3 + (1−x)CaF2 + (2x)NH4Cl → 2Ca5(PO4)3(F1-xClx) + (3+x)CO2 + (3+x)H2O + (2x)NH3
有時一些鈣被鍶取代，從而產生更窄的發射峰。 對於特殊用途或彩色管，鹵磷光體與少量其他磷光體混合，特別是在具有較高顯色指數的豪華管中，用於食品市場或藝術工作室照明。
在 1942 年開發出鹵螢光粉之前，第一代矽鋅礦晶格、二價錳活化的原矽酸鋅和原矽酸鋅鈹螢光粉用於螢光燈管。 由於鈹化合物具有呼吸毒性，這些早期磷光體類型的廢棄對健康有利。
大約自 1990 年以來，第三代三螢光粉（三種獨立的紅色、藍色和綠色螢光粉，用稀土離子激活並按比例混合以產生可接受的白色）已在很大程度上取代了鹵代螢光粉。 [9]
氟磷灰石可用作生產磷的前體。 在石英存在下，它可以被碳還原：4Ca5(PO4)3F + 21SiO2 + 30C → 20CaSiO3 + 30CO + SiF4 + 6P2
冷卻後，生成白磷（P4 ）：2P2→P4
氟磷灰石也用作寶石。 [10]
參考文獻
- ^ Warr, L.N. IMA–CNMNC approved mineral symbols. Mineralogical Magazine. 2021, 85 (3): 291–320 [2022-11-22]. Bibcode:2021MinM...85..291W. S2CID 235729616. doi:10.1180/mgm.2021.43. （原始內容存檔於2022-06-15）.
- ^ "Fluorapatite" 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2012-02-08.. Handbook of Mineralogy.
- ^ Apatite-(CaF) Mineral Data 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2016-10-30.. webmineral.com.
- ^ Fluorapatite. mindat.org. [2013-11-17]. （原始內容存檔於2018-03-08）.
- ^ Hurlbut, Cornelius S.; Dana, James Dwight. Manual of mineralogy : (after James D. Dana). 21st ed., rev. New York: J. Wiley https://www.worldcat.org/oclc/39157618. 1999. ISBN 0-471-31266-5. OCLC 39157618. 缺少或
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- ^ Morell, Virginia. Does shooting birds make them smarter?. Science. 2016-11-01. ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.aal0331.
- ^ Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5
- ^ Henderson and Marsden, Lamps and Lighting, Edward Arnold Press, 1972, ISBN 0-7131-3267-1ISBN 0-7131-3267-1
- ^ Gemstones of the World By Walter Schumann, p. 18, 23, 29, 34, 56, 83